О природном геологическом явлении
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД (а. rock breaking; н. Gesteinszerstorung; ф. destruction des roches, rupture des roches; и. destruccion de rocas) — нарушение сплошности природных структур горных пород (минеральных агрегатов, массивов горных пород) под действием естественных и искусственных сил. Разрушение — сложный физический или физико-химический процесс, характер развития которого зависит от величины и скорости приложения нагрузки, напряженного состояния объекта, его прочности и структурных свойств. В соответствии с этим разрушение может протекать на микро- и макроскопическом уровнях. Микроскопическое разрушение (размеры зоны разрушения до 1 мм) возникает в месте контакта разрушающего элемента с породой и сопровождается разрывом связей между зёрнами или нарушением химических связей в кристалле, микротрещинами, сдвигом вдоль поверхностей скольжения. Макроскопическое разрушение (размеры зоны разрушения 1 см и более) характеризуется развитием одной или многих трещин, нарушающих сплошность массивов в значительных объёмах. Во всех случаях разрушение начинается с процесса на микроскопическом уровне, при определённых условиях приобретающего макроскопические масштабы.
Естественное разрушение происходит в результате гравитационных (оползни, оседания грунтов, обвалы, осыпи), вулканических, глубинных тектонических процессов, выветривания, других природных процессов и явлений. На горных объектах естественное разрушение сопровождается обрушением подземных горных выработок, бортов карьеров и т.п. и представляет собой негативный фактор, влияние которого снижают выбором специальных технологических схем ведения работ, креплением выработок, закреплением грунтов и т.д. С другой стороны, нарушение сплошности полезных толщ (например, под действием горного давления) упрощает процессы выемки, а разрушение породных толщ интенсифицирует дегазацию горных пород.
Искусственное (принудительное) разрушение — основной процесс технологии добывания и переработки твёрдых полезных ископаемых. Осуществляется в результате главным образом механического и взрывного воздействия на горные породы, в меньшей степени — гидравлического, взрыво-гидравлического, термического, электрического, электромагнитного, комбинированного. При этом разрушающие нагрузки носят или квазистатический характер (скорости их приложения измеряются единицами или десятками м/с) — возникают при бурении, резании, механическом дроблении, или динамический (сотни и тысячи м/с) — при ударном и взрывном разрушении (см. Взрывное разрушение).
Разрушение при бурении скважин имеет ряд особенностей и происходит путём отделения от массива частиц различной крупности в пределах плоскости забоя при наличии только одной обнажённой поверхности и возрастании с глубиной влияния горного давления. Наибольшее распространение получил механический способ бурения, при котором разрушение имеет объёмный, усталостный или поверхностный характер. В первом случае, когда напряжения в породе превышают предел её прочности, порода разрушается на некоторую глубину, которая сохраняется при перемещении породоразрушающих элементов по забою и может превышать их внедрение. Объёмное разрушение наиболее эффективно, т.к. требует наименьших удельных затрат энергии. Усталостное разрушение происходит при контактных напряжениях меньших, чем прочность породы, и наступает после многократного воздействия нагрузок в результате образования и постепенного развития в породе микротрещин. При ещё меньших значениях напряжений происходит поверхностное разрушение, когда породоразрушающие элементы, перемещаясь по забою без внедрения, истирают породу. Такой процесс наименее эффективен, т.к. ведёт к интенсивному износу инструмента и отличается высокими удельными энергозатратами.
Общие теоретические вопросы разрушение исследованы американскими учёными А. А. Гриффитсом, Г. Р. Ирвином, Э. Орованом, польским — В. К. Новацким, советскими — А. Ю. Ишлинским, С. Н. Журковым, Е. И. Шемякиным, Я. Б. Фридманом и др.; в аспекте горного дела — советскими учёными В. В. Ржевским, Л. И. Бароном, А. И. Бероном, Б. И. Воздвиженским, Н. И. Куличихиным, Н. И. Любимовым, В. И. Геронтьевым, М. М. Протодьяконовым и др.
Действие природных факторов
Солнечные лучи – главный фактор, способствующий разрушению твердых горных пород. Днем под палящими лучами солнца они нагреваются, а ночью, наоборот, охлаждаются. Вы знаете, что при нагревании твердые тела расширяются, а при охлаждении сжимаются. От смены температур на поверхности пород образуются трещины. В них попадает вода; замерзая, она расширяет трещины. Это повторяется множество раз, и с каждым разом трещины увеличиваются в размерах, и, наконец, от скальной поверхности откалываются куски.
Живые организмы также способствуют разрушению горных пород. Неприхотливые лишайники, мхи, поселившись на скалах, а затем отмирая, образуют слой почвы, на которой поселяются травы, кустарники, деревья. Корни деревьев, проникая в трещины горной породы, раздвигают их и разрушают. Свою незаметную, но важную роль играют микроорганизмы – бактерии. Они вырабатывают различные химические вещества, способствующие разрыхлению горных пород.
Обломочные горные породы
В результате выветривания у подножия гор на склонах постепенно скапливаются большие и маленькие обломки, или обломочные горные породы: щебень, галька, гравий, песок, глина.
Обломочные породы редко остаются на месте образования. Большей частью они переносятся водой, ветром, ледниками и отлагаются в другом месте. В процессе переноса обломочные породы продолжают разрушаться бурными горными потоками, сползающими ледниками, ветром. Перемещаясь, обломки ударяются друг о друга и перетираются так, что из них в конце концов образуются песок и глина.
Использование обломочных горных пород человеком
Человек широко использует обломочные породы в своей деятельности. Например, щебень, гальку, гравий применяют при строительстве железнодорожных насыпей, шоссейных дорог, для бетонных работ.
Песок – сыпучая горная порода различных цветов, образовавшаяся в процессе полного разрушения гранита или другой горной породы. Он используется в стекольной промышленности, в строительстве домов, автомобильных дорог.
Глина образуется вследствие разрушения полевого шпата и других горных пород. Она состоит из мельчайших частичек, которые, скапливаясь, образуют слои. При смачивании глины водой возникает пластичная масса; из нее можно лепить различные изделия. При высыхании глина становится твердой, как камень. Окраска глины, так же как и песка, может быть самой различной. Из ценнейшей белой глины изготавливают фарфоровые чашки, тарелки, фигурки. Обычная коричневая глина идет на изготовление кирпичей, разнообразной глиняной посуды, ею обмазывают печи в деревнях. Глина используется и как лечебное средство.